硕士论文答辩ppt+中国石油大学

1、1专 业：机械工程学 生：aaa学 号：aaa指导教师：aaa 副教授现场导师：aaa 教授级高级工程师2目录（目录（ContentsContents）基于多工况的车架疲劳寿命分析基于多工况的车架疲劳寿命分析33 4研究研究背景及内容框架背景及内容框架3 1压裂车车架强度分析压裂车车架强度分析及及现场现场试验试验底盘性能匹配分析及软件开发底盘性能匹配分析及软件开发3 2结论结论3 53 1.1.研究背景及内容框架研究背景及内容框架1.1 研究背景及意义意义：因此，对压裂车底盘的性能强度要求高，国内专用车底盘性能匹配试验周期长，各种载荷对车架产生强度和疲劳破坏。本文就是研究解决这些问题。背景：压

2、裂车自重大，行驶路况、作业工况恶劣：经常行驶于山地、丘陵、沼泽、沙漠；工作压力可达140MPa，振动剧烈，对车架的强度破坏比较大。课题来源：国家科技重大专项3000型成套压裂装备研制及应用示范工程资助项目(2011ZX0504806HZ)。41.2 国内外研究现状 1.1.研究背景及内容框架研究背景及内容框架国外有模拟整车性能的平台和经验，把匹配设计放在生产制造的最前端，大大提高了产品的合格率、产品质量，如通用汽车、福特汽车、康明斯公司、日产汽车、西迪亚特等；国内专用车底盘性能匹配靠手动计算及试验，周期长。CAD、CAE协同分析软件已经非常成熟运用于车架强度、疲劳、优化等分析，CAD软件如AU

3、TOCAD、PRO/E、CATIA；CAE软件如ADAMS、Fluent、Ansys、Nastran等。国外学者如Stefan Holmberg， Kim,H.S， Ao. Kazuo等；国内学者如张雷，钟厉、石琴、张雷、王晖云、孙艳鹏等。51.3 研究内容 1.1.研究背景及内容框架研究背景及内容框架6目录（目录（ContentsContents）基于多工况的车架疲劳寿命分析基于多工况的车架疲劳寿命分析33 4研究背景、意义及框架研究背景、意义及框架3 1压裂车车架强度分析压裂车车架强度分析及及现场现场试验试验底盘性能匹配分析及软件开发底盘性能匹配分析及软件开发3 2结论结论3 57 2.底

4、盘底盘性能匹配分析及软件开发性能匹配分析及软件开发2.1 主要内容8 2.底盘底盘性能匹配分析及软件开发性能匹配分析及软件开发2.2 压裂车设计要求、总体布置原则及底盘选型压裂车设计要求1）选用定型的二类底盘进行改装； 2）主要工作是总体布置和压裂泵装置设计（不同于其它行业重载车的一般运输任务，着重压裂作业装置设计） 3）改装后要进行强度校核； 4）应满足交通法规要求。压裂车底盘的选型：主要考虑： 上装重量 ； 装载面积； 越野性好，前桥可适当加载的二类底盘； 动力性能需要满足要求。压裂车的总体布置原则： (1) 尽量避免变动底盘各总成位置； (2) 尽量满足专用工作装置性能；(3) 必须校核

5、轴荷分配等参数； (4) 避免工作装置的布置造成集中载荷。9 2.底盘底盘性能匹配分析及软件开发性能匹配分析及软件开发2.3 底盘性能匹配动力性动力性匹配匹配轴荷分配轴荷分配及附着力及附着力通过通过性能性能稳定稳定性性能能车架车架性能性能发动机功率轴荷分配纵向通过半径纵向稳定性车架静强度最大输出扭矩附着力横向通过半径侧倾稳定角模态分析最大驱动力制动性越过台阶能力 最低稳定车速疲劳强度最大车速越过凹坑能力横向稳定角最大爬坡度最小转弯半径底盘性能匹配计算内容10 2.底盘底盘性能匹配分析及软件开发性能匹配分析及软件开发2.3 底盘性能匹配越过凸台能力计算最小转弯半径11 2.底盘底盘性能匹配分析及

6、软件开发性能匹配分析及软件开发2.3 底盘性能匹配112211222222332233442244444444444zzZZBARFLGABABALBALRFLGABABALBALRFLGABABALBALRFLGABAB纵向横向转弯半径轴荷分配计算图12 2.底盘底盘性能匹配分析及软件开发性能匹配分析及软件开发2.4 软件编程 压裂车恶劣的道路行驶、作业环境要求其具备更高的性能和强度，压裂车厂商需要进行严格的底盘性能试验以及强度校核，却受到时间、成本、资金的限制。 因此，编制了一款多轴特车底盘性能匹配软件，可以多次输入，快速得到结果，直到满足设计要求，加快了设计速度。(1)需求分析13 2.

7、底盘底盘性能匹配分析及软件开发性能匹配分析及软件开发2.4 软件编程 根据系统界面设计基本要求，结合压裂车底盘性能匹配计算的工程实践。(2)总体设计14 2.底盘底盘性能匹配分析及软件开发性能匹配分析及软件开发2.4 软件编程 压裂车底盘性能匹配主要包括：动力性、燃油经济性、制动性、稳定性、通过性、平顺性、重心位置、轴荷分配、车架静强度分析、上装设备连接分析和软件实例分析。(3)功能设计15 2.底盘底盘性能匹配分析及软件开发性能匹配分析及软件开发2.4 软件编程(4)实例分析16 2.底盘底盘性能匹配分析及软件开发性能匹配分析及软件开发2.4 软件编程项目项目输入参数输入参数项目项目输入参数

8、输入参数最小（前）轮距最小（前）轮距B1990mm一二轴距一二轴距1800mm车轮断面宽度车轮断面宽度b318mm二三轴距二三轴距5400mm迎风面积迎风面积A8.36m三四轴距三四轴距1400mm车轮半径车轮半径r553mm一轴到中心距离一轴到中心距离5617mm整车重量整车重量G44.17t底盘发动机最大功率底盘发动机最大功率353KW重心高度重心高度Hz地面往上1856mm底盘发动机最大转数底盘发动机最大转数1900r/min中心水平位置中心水平位置四轴往前2316mm底盘发动机最大扭矩底盘发动机最大扭矩2300N.m主要输入参数项目项目输出值输出值项目项目输出值输出值最高车速74.3一

9、桥轴荷R16.46最低稳定车速5.1二桥轴荷R28.33最大爬坡度15.1三桥轴荷R314附着率0.3四桥轴荷R415.4侧倾稳定角29.5最小转弯半径8.3m制动距离（初速80）64.4m纵向通过半径10.3m百公里油耗82.3L/100kM横向通过半径1.2m 性能数据输出(4)实例分析17目录（目录（ContentsContents）基于多工况的车架疲劳寿命分析基于多工况的车架疲劳寿命分析33 4研究背景、意义及框架研究背景、意义及框架3 1压裂车车架强度分析压裂车车架强度分析及及现场现场试验试验底盘性能匹配分析及软件开发底盘性能匹配分析及软件开发3 2结论结论3 5183.1 分析分析

10、工况工况 3.压裂车车架强度分析及试验验证压裂车车架强度分析及试验验证压裂车满载低速行驶突然紧急制动压裂车通过高度400 mm障碍物突然紧急转弯大泵作业四档和八档193.2 模型的建立模型的建立 3.压裂车车架强度分析及试验验证压裂车车架强度分析及试验验证有限元模型：主副车架接触为NO Separation，其余简化为固定接触，悬架用弹簧模拟，前悬架刚度426 N/mm，阻尼7 N.s/mm，后平衡悬架刚度856 N/mm，阻尼12 N.s/mm。永久载荷施加：车架上端设备作为永久载荷加载（驾驶室、水箱风扇、传动箱、大泵和发动机）。Pro/E三维模型203.3 约束及载荷施加约束及载荷施加 3

11、.压裂车车架强度分析及试验验证压裂车车架强度分析及试验验证18斜坡，设定载荷方向车架纵向施加19.8 m/s2的减速度单侧前轮悬空，其余车轮触地车架横向施加7.8 m/s2的加速度大泵施加横向220KN、120KN统一预设约束：板簧高度方向设置自由，限制水平方向自由度。213.4 分析结果分析结果 3.压裂车车架强度分析及试验验证压裂车车架强度分析及试验验证223.5 强度校核强度校核 3.压裂车车架强度分析及试验验证压裂车车架强度分析及试验验证节点号节点号弯曲应力弯曲应力节点号节点号转弯应力转弯应力节点号节点号制动应力制动应力73410126.5573410134.67170998150.5

12、160467107.5760474113.72172539119.557241497.678482102.181307102.16节点号节点号扭转应力扭转应力节点号节点号8档应力档应力节点号节点号4档应力档应力8482235.2246406225.2246406275.5416528219.4446451185.6546451224.2745799190.4447571185.3747571223.78六种工况有限元仿真典型节点应力压裂车车架材料为16MnL，屈服强度360 MPa，车架大部分部位的应力比较小，一般分布在2040 MPa之间，安全系数大于8，比较安全；扭转工况下为235 MPa

13、，大泵作业工况下为275 MPa，安全系数小于2，但从分析后的应力图可知，最大应力点只出现在局部少数节点，需要局部加强，并据此给厂家提供建议。233.6 现场试验现场试验 3.压裂车车架强度分析及试验验证压裂车车架强度分析及试验验证采集系统接线现场为了检测压裂泵车底盘车架的动态强度是否符合设计要求，并验证有限元分析结果，对压裂车进行试验验证。列号列号名称名称代号代号1数据采集系统BEEBATE2无线加速度节点A3013无线应变节点SG4034应变片BX120-3AA应变片测试仪器24 3.压裂车车架强度分析及试验验证压裂车车架强度分析及试验验证3.6 现场试验现场试验25 3.压裂车车架强度分

14、析及试验验证压裂车车架强度分析及试验验证副车架测点位置有限元应力提取（扭转工况）4号测点试验应力谱贴片布置图（贴片数量共108个）3.6 现场试验现场试验26 3.压裂车车架强度分析及试验验证压裂车车架强度分析及试验验证路试各测点应力值单边坡凸起路障颠簸路第二次路试，经历单边坡路（单侧凸起路障），4号测点出现高应力区域（扭转）测点测点第一次路试第一次路试第二次路试第二次路试第三次路试第三次路试第四次路试第四次路试aaaa23456789103.6 现场试验现场试验27 3.压裂车车架强度分析及试验验证压裂车车架强度分析及试验验证节点位置节点位置12345678910试验值试验值有限元有限元值值

15、误差（误差（%）扭转工况下试验验证数据对比误差在20%以内，验证了有限元分析结果的可靠性。静止工况下试验验证数据对比节点位置节点位置12345678910试验值试验值有限元有限元值值误差（误差（%）3.6 现场试验现场试验28目录（目录（ContentsContents）基于多工况的车架疲劳寿命分析基于多工况的车架疲劳寿命分析33 4研究背景、意义及框架研究背景、意义及框架3 1压裂车车架强度分析压裂车车架强度分析及及现场现场试验试验底盘性能匹配分析及软件开发底盘性能匹配分析及软件开发3 2结论结论3 54.1 研究方法及分析路线研究方法及分析路线 4.基于多工况的车架疲劳寿命基于多工况的车架

16、疲劳寿命分析分析294.2 基于基于ANSYS Fatigue Tool六种工况疲劳分析六种工况疲劳分析 4.基于多工况的车架疲劳寿命基于多工况的车架疲劳寿命分析分析S-N曲线疲劳结果示例图304.2 基于基于ANSYS Fatigue Tool六种工况疲劳分析六种工况疲劳分析 4.基于多工况的车架疲劳寿命基于多工况的车架疲劳寿命分析分析压裂车六种工况下疲劳次数最小疲劳寿命：出工585次，使用9.8年。但是，这仅仅是单工况下疲劳寿命，需找到各工况共同危险节点，进行疲劳损伤累积分析。314.3 基于基于Miner准则多工况疲劳损伤准则多工况疲劳损伤累积累积 4.基于多工况的车架疲劳寿命基于多工况

17、的车架疲劳寿命分析分析节点号节点号工况工况1工况工况2工况工况3工况工况4工况工况5工况工况673410170998848246406节点46406应力谱最大应力节点在六种工况下的应力32节点号节点号出任务一次的损伤值（共出任务一次的损伤值（共8小时）小时）使用寿命（出任务次数）使用寿命（出任务次数）134101709988482464064.3 基于基于Miner准则多工况疲劳损伤准则多工况疲劳损伤累积累积 4.基于多工况的车架疲劳寿命基于多工况的车架疲劳寿命分析分析最危险节点经历六工况的疲劳损伤值及疲劳寿命334.4 局部加强之后的疲劳寿命局部加强之后的疲劳寿命 4.基于多工况的车架疲劳寿命基于多工况的车架疲劳寿命分析分析 对车架薄弱位置进行加强，压裂作业时，通过外部支撑车架尾部（压裂泵部位），大大减小局部应力。车架尾部加强后节点46451谱状应力节点号节点号出任务一次出任务一次的损伤值的损伤值（8小时）小时）出任务数出任务数使用寿命使用寿命（年）（年）4640646451车架局部强化前后整车寿命对比3435目录（目录（ContentsContents）基于多工况的车架疲劳寿命